从专利视角看新能源汽车驱动电机技术

2018-06-11 11:18:15 Westpac Electronics 1

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编者按:驱动电机被认为是新能源汽车的核心技术之一。相关数据检索结果显示,日本企业在该领域起步较早,处于技术领先地位。本文作者认为,鉴于国外企业、尤其是日本企业在该领域的早期专利布局已经形成技术壁垒,国内企业在加强自主创新的同时,可以考虑先开展国际合作,寻求资源共享,消除不利因素。此外,加强校企联合也是加速发展该领域技术的有效途径。

从世界各国的发展战略来看,新能源汽车被普遍确立为保障能源安全和转型低碳经济的重要途径。新能源汽车包括3种类型:由动力电池提供能源的纯电动汽车、电机和内燃机共存的混合动力汽车以及由燃料电池提供能源的燃料电池汽车。这3类电动汽车均采用电机驱动系统将电能转化为机械能并回收刹车的制动能量,从而实现了能量利用率的成倍提升。因此,驱动电机被认为是新能源汽车的核心技术之一。

 日本技术优势明显

笔者基于中国专利文摘数据库(CNABS)的检索结果,对新能源汽车驱动电机领域的中国发明专利申请进行分析后发现,该领域的专利集中度较高,并且日本企业起步较早,处于技术领先地位。截至2018年4月30日,该领域的专利申请量累积达到近3万件。其中,排名前十位的申请人其专利申请量合计约7600余件,占该领域中国专利申请总量的26%左右,专利技术较为集中地掌握在汽车行业的领先企业手中。

专利申请量排名前十位的申请人中,除博世(BOSCH)为德国企业、现代(HYUNDAI)为韩国企业外,其余均为日本企业。因而,日本企业专利布局的群体优势非常突出,技术壁垒作用明显,对其他国家的竞争对手将构成较大威胁。申请量排名第一位的丰田公司,其发明专利申请量达到3130余件,远超其他企业。丰田旗下拥有多款代表性的新能源汽车,例如RAV4 EV、Prius Hybrid、Civic Hybrid以及FCHV客车等,上述车型均采用永磁同步电机,先进的电机设计技术与控制技术使得丰田的汽车驱动系统兼具良好的动力性能和平顺性。

申请量排名前十位的申请人中,本田、日产为汽车整车制造商,其电机直接运用在旗下新能源汽车产品上,性能匹配较好;日立作为著名的零部件供应商,为全球主要汽车厂提供电机产品,其研发能力同样处于世界领先水平。这种汽车整车企业与零部件企业强强联手的合作模式,使得日本新能源汽车驱动电机技术远远走在世界前列。

 中国发展势头迅猛

笔者对新能源汽车驱动电机领域的中国发明专利申请进行年度趋势分析后发现,从专利申请量增长率的变化来看,该领域的技术发展脉络呈现出技术萌芽期、初步发展期、快速发展期和发展平稳期4个阶段。

技术萌芽期(1986年-2000年):新能源汽车驱动电机领域的中国发明专利申请最早始于1986年。检索结果显示,技术萌芽期共有5件相关专利申请,申请人分别为日本的日立公司、日本的三菱公司、德国的保罗·瓦尔有限公司等。唯一1件来自国内申请人的专利申请是由中星汽车公司的牛锡贤提交的个人申请。可见,2000年之前,国内企业对于新能源汽车驱动电机的研究还非常少。究其原因,笔者认为,这与该时期国内汽车保有量偏少、市场需求小、缺乏新能源汽车研究的客观条件等因素不无关系。

初步发展期(2001年-2007年):自2001年起,该领域的中国发明专利申请量呈现逐年增长的态势。对申请人国别的统计结果显示,这一阶段的发明专利申请大多仍来自外国申请人,来自国内申请人的申请量占申请总量的40%左右。这也反映了随着中国汽车市场需求量的上升,国外企业开始大量进入中国市场并逐步在中国开展专利布局。其中,尤以新能源汽车产业发展领先的日本企业表现最为明显,例如丰田公司、日产公司、本田公司等均为排名靠前的申请人。此外,奇瑞汽车、比亚迪也分别提交了10件左右的发明专利申请,成为国内申请人的代表。

快速发展期(2008年-2011年):2008年开始,该领域的发明专利申请量大幅度上升,新能源汽车驱动电机技术的研究已驶入快车道。仅2011年的专利申请量就达到320余件,呈现出阶段性的小高峰。申请量的大幅度增长与国家产业政策不无关系。2008年,《新能源汽车生产准入管理准则》正式实施;同年,近500辆奥运节能与新能源汽车正式交付使用,标志着我国新能源汽车从概念设计已投入实际运行。在政府大力支持和产业政策引导下,国内汽车企业加大对新能源汽车的研发力度。这一时期,国内申请人在该领域的发明专利申请量达到了510余件,占中国专利申请总量的58%左右。

发展平稳期(2012年-2018年):受2011年日本地震影响,2012年至2013年间,该领域的发明专利申请总量出现了小幅回落。但是,国内新能源汽车的研发热度不减,国内申请人的专利申请量持续增长,并于2016年呈现出井喷式增长,专利申请总量从2015年的260余件增长至2016年的450余件,其中山东理工大学仅在2016年就提交了75件发明专利申请。由此可见,随着新能源汽车产业发展,国内企业和高校等在驱动电机技术研发方面取得了突破性的进步。

日本在新能源汽车驱动电机领域研发实力最强,专利布局最早也最为全面。国内企业对驱动电机技术的研究虽然起步较晚,但近年来研究热度和专利申请量明显上升。受益于国内市场需求和政府大力扶持,国内企业发展势头强劲,专利布局意识也在不断加强。总体来看,新能源汽车驱动电机技术尚未成熟,国内技术水平与国际先进水平相比尚存一定的差距。

应当注意的是,鉴于国外企业、尤其是日本企业在该领域的早期专利布局已经形成技术壁垒,国内企业在加强自主创新的同时,可以考虑先开展国际合作,寻求资源共享,消除不利因素。此外,国内高校和一些科研机构也致力于新能源汽车驱动电机的前沿技术研究,加强校企联合也是加速发展该领域技术的有效途径。

EV/HEV主电机驱动器用IGBT模块 PACKAGEIC1200V1200V
V SERIESX SERIES
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